الهندسة الكهربائية

تعد محولات مصدر الجهد متعدد المستويات بمثابة طوبولوجيا مثالية لتطبيقات الطاقة العالية ذات الجهد العالي حيث يمكنها بسهولة تردد تحويل مكافئ.

في السنوات الأخيرة، تم تطوير تصميم الدوائر المتكاملة (IC) للمنتجات الإلكترونية القابلة للارتداء في اتجاه الجهد المنخفض للغاية واستهلاك الطاقة المنخفض للغاية والتكامل العالي،

في شبكة توزيع نظام الطاقة الكهربائية، تنشأ معظم مشكلات الموثوقية من خطأ أحادي الخط إلى الأرض (SLG)، خاصةً إذا تجاوز التيار السعوي نطاقاً معيناً؛ فلن ينطفئ قوس التأريض ذاتياً.

في الآونة الأخيرة، يتم تعزيز (DC Microgrids) باستمرار لتلبية الحاجة إلى زيادة الطلب المستمر على الطاقة ولقد وجدت مصادر الطاقة المتجددة مثل الخلايا الكهروضوئية.

مع تطور الطاقة الكهربائية الجديدة، تم تطبيق طوبولوجيا متعددة المستويات المتتالية للجسر (H)، وذلك بشكل متكرر في التحكم في تدفق الطاقة والمحولات الإلكترونية.

في السنوات الأخيرة، ومع الانخفاض الهائل في الطاقة الأحفورية على الأرض والطلب الإنمائي للشبكة الذكية الحديثة ومشاكل الطاقة والبيئة في المجتمع منخفض الكربون.

بالنسبة للشبكة الكهربائية متعددة المصادر مع العديد من وحدات (MMC) وأثناء عملية استعادة الخطأ؛ فإنه سيتم تغذية الخط المعيب بواسطة (MMC) في كلا طرفي الخط،

اقترحت الحكومات حول العالم الوصول إلى ذروة الكربون بحلول عام 2030م وحياد الكربون بحلول عام 2060م، ولتحقيق هذا الهدف، تتزايد حصة الطاقة المتجددة بمعدل متسارع.

تدعم الطاقة الكهربائية العديد من الأنشطة في المجتمع الحديث، كما أنه من المحتمل أن يتسبب انقطاع التيار الكهربائي المستمر في معاناة كبيرة للمجتمعات،

تعد الكهرباء مؤشراً على وجود مجتمع مستدام لأنه يرتبط بالنمو الاقتصادي والعدالة الاجتماعية، بحيث  يعتمد عدد كبير من الأنشطة الاجتماعية والاقتصادية.

أدى الانفجار الأخير لتطبيقات التصنيع الذكية وإنترنت الأشياء (IoT) والبيانات الضخمة إلى زيادة كبيرة في كمية البيانات التي تم جمعها وتحليلها في مجالات مختلفة مثل الرعاية الصحية.

يتمثل التحدي الذي يواجه تحول الطاقة في التحميل الزائد للشبكة الناتج عن زيادة حقن مصادر الطاقة المتجددة (RE) في الشبكة الكهربائية، حيث يتم من بين أمور أخرى تجاوز الحد الأقصى.

أدت المخاوف السكانية والبيئية المتزايدة إلى زيادة الطلب على مصادر الطاقة النظيفة، حيث تم بذل جهود هائلة لاستكشاف مصادر الطاقة المتجددة، مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح وخلايا الوقود.

في السنوات الأخيرة، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية (PV)، وهي ضرورية في تحديث الشبكة الكهربائية

يتم ربط عدد متزايد من الأحمال غير الخطية في شبكات الطاقة، والتي تقدم التوافقيات والقدرة التفاعلية بحيث تسبب المركبات التوافقية العديد من المشكلات في "الأجهزة الكهربائية".

لقد أصاب اكتشاف السلوكيات الكهربائية غير الطبيعية شركات تشغيل الطاقة في الصين بسبب العديد من أخطاء نظام الطاقة وتقليل الأرباح بسبب الاستهلاك غير الطبيعي للكهرباء

تسببت الكمية المتزايدة من غازات الدفيئة (GHG) في ظاهرة الاحتباس الحراري وأضرار بيئية؛ فإن المصادر الرئيسية لغازات الاحتباس الحراري هي النقل وإنتاج الكهرباء والصناعة التحويلية.

أدى الطلب المتزايد باستمرار على الكهرباء بسبب النمو السكاني العالمي و"التوسع الاقتصادي" إلى زيادة الطلب على مصدر طاقة موثوق به.

تضع أحدث حزمة من التدابير في الاتحاد الأوروبي (EU) للتحول إلى الطاقة النظيفة، "الطاقة النظيفة لجميع الأوروبيين" كذلك المستخدم النهائي في بؤرة الاهتمام من خلال المطالبة.

يعتبر نقل وتوزيع الكهرباء من خدمات الطاقة الحيوية للمجتمعات على مستوى العالم، كما وتدعم الخدمات الحيوية مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية وخدمات المياه والنقل والتعليم.

مع التطور السريع لأنظمة الطاقة، تم إنشاء المزيد والمزيد من خطوط نقل الجهد العالي الإضافي (EHV) عبر التضاريس المعقدة حيث يتكرر البرق، وذلك ووفقاً لتجربة التشغيل في الصين.

في السنوات الأخيرة تكررت حوادث وميض الرياح على خطوط النقل بشكل متكرر، مما هدد بشكل خطير التشغيل الآمن لشبكة الكهرباء وتسبب في خسائر اقتصادية كبيرة.

تم تصميم الشبكات الكهربائية الحالية وفقاً للنموذج القديم الذي يتوقع بشكل أساسي محطات توليد كبيرة، وهي متصلة بشبكات النقل، مما يوفر معظم الطاقة المطلوبة.

يعتبر العمر الافتراضي للعزل الخارجي في ظل تيارات تسرب منخفضة السعة بمثابة مصدر قلق لموثوقية شبكات توزيع الكهرباء على المدى الطويل.

مع الاستخدام الواسع النطاق للعدادات الذكية والتطوير المستمر للبنى التحتية المتقدمة للقياس (AMI)، أصبحت المرافق قادرة على الحصول على بيانات دقيقة حول الاستهلاك الحقيقي للكهرباء.

تم بناء أنظمة الطاقة التقليدية على افتراض أن التوليد تم التحكم فيه من خلال عدد قليل من مرافق التوليد المركزية التي تم تصميمها لخدمة الأحمال السلبية إلى حد ما.

يوفر التطبيق المكثف للعدادات الذكية كجزء من الشبكات الذكية فرصاً هائلة، ولكنه مع ذلك يؤدي أيضاً إلى تحديات لمشغلي توزيع الطاقة الكهربائية.

يلعب محول القدرة وخاصة المحولات ذات السعة الكبيرة، دوراًَ مهماً في نقل القدرة ولخصائص تشغيله معينة؛ فإن هناك تأثير مهم على التشغيل المستقر للمحول نفسه ونظام الطاقة.

حظيت "طوبولوجيا شبكة التوزيع" (DNT) وكجزء مهم من بيانات الشبكة الأساسية؛ باهتمام متزايد مؤخراً، لذلك من المعروف أن صحة (DNT) ستؤثر بشكل كبير على إدارة خسائر شبكة التوزيع.

تعتبر محولات القدرة مهمة لشبكات الطاقة الكهربائية، لذلك لقد تم استخدامها في مختلف الظروف البيئية والكهربائية والميكانيكية، ولقد تم استخدامها بالفعل في مختلف الظروف البيئية والكهربائية.